CZ399498A3

CZ399498A3 - Modulární uspořádání sensoru úhlu řízení

Info

Publication number: CZ399498A3
Application number: CZ983994A
Authority: CZ
Inventors: Jürgen Benz; Heiner Bayha
Original assignee: Itt Manufacturing Enterprises, Inc.
Priority date: 1997-12-06
Filing date: 1998-12-04
Publication date: 1999-07-14
Also published as: EP0922627A1; DE19754191A1

Description

Modulární uspořádání sensoru úhlu řízení.

Oblast techniky.

Vynález se týká uspořádání senzoru úhlu řízení pro vozidla, například pro regulaci dynamiky vozidla, který obsahuje kódový kotouč, poháněný blokem řízení vozidla a senzorovn^uhlavu pro vysílání signálu měnícího se s nolohou natočení kódového kotouče, přičemž senzorová hlava je spořitelna s krytem, přičemž se alespoň částečně ponořuje do otvoru krytu a přitom kryt v podstatě uzavře.

Dosavadní stav techniky.

Jak je známo, se vzrůstajícím komfortem motorových vozidel se stále zvětšuje počet potřeb ných součástek, takže existuje snaha,jejich roz měry co nejvíce minimalizovat. Pokud se týká senzorů úhlu řízení,, pak tento problém řeší například pat. spis US 5 004 915. U tam popsaného senzoru úhlu řízení je na kryt, ve kterém je umístěn kódový kotouč, připojen ve svých rozměrech poměrně vysoký detektor. V uvedeném patentním spisu se navrhuje, opustit tuto koncepci a místo ní rozdělit senzorové prvky rovnoměrně v rovině, rovnobené s kódovým kotoučem.

Úkolem vynálezu je navrhnout pružnou modulovou • * ·

9 9 9 9 9 koncepci /senzoru úhlu řízení shora uvedeného druhu, která se rovněž může realizovat jako velmi prostorově nená ročná.

Podstata¹ vynálezu.

V >lS f re? i

Tento irkol se podle vynálezu/tím, ze senzorová hla va je spojena s krytem se zajištěním.

Vynález spočívá v principu tedy v tom, rozdělit senzor řízení úhlu na oblast kódového kotouče, ob klopeného krytem a senzorovou hlavu jen v případě potřeby spojit s krytem. Tímto způsobem dá se dosáhnout podstatných úspor, přičemž poměrně drahá senzorová hlava se připojí na kryt určený,pro kódový kotouč jen tehdy, když je to nutné pro předpoklá daný nadřazený systém, například dynamiku vozidla. Jestliže senzorová hlava není nutná, pak prostor, potřebný pro senzorovou hlavu, je k disposici pro jiné účely.

Zejména jednoduchá metoda zabudování spočívá v tom, že je senzorová hlava zapojena, resp. je zajištěna radiálně v krytu v rovině kodového kotouče.

Problém vyvstane tehdy, jestliže kódování se provádí v rov^iě kotouče a senzorová hlava pak musí obklokovat kodový kotouč z obou stran a kódová hlava je podstatně vyšší nežli kryt kódového kotouče. Aby se i

v těchto případech mohl ušetřit prostor, 'dostane se kombinací význaků podle nároku 3 zejména výhodné a prostorově nenáročné další vytvoření podle vynálezu. Podle kombinace těchto význaků dá se senzorová hlava zabudovat zejména prostorově nenáročně tak, jestli že kompletní kryt kromě senzoru úhlu řízení obsahuje jednu nebo více jiných konstrukčních skupin, které vyžadují odpovídající celkovou výšku integrujícího krytu.

Výhodně se zvolí takové konstrukční skupiny, které jsou bez toho již nutné pro spolupráci s blokem řízení vozidla, jako například spojovací prvky vinuté pružiny (spojovací prvlíy hodinkové pružiny) a spínač bloku řízení. Takovéto kombinace jsou popsány v patentové přihlášce 196 02 060.3 (P 8638). Další vytvoření spočívá v postatě v tom, uspořádat v inte grujícím celkovém krytu ve výšce senzoru úhlu řízení, dostatečně velký otvor, do které se v radiálním směru zasune senzorová hlava. Jestliže se senzor úhlu řízení nepotřebuje, pak se tento otvor může uzavřít víčkem. Zpravidla jsou spojovací prvek vinuté pružiny a spínač bloku řízení uspořádány ve vozi ί dle. Radiální zasunutí senzorové hlavy pak je zejména jednoduché, jestliže je kódový kotouč plochý. Pak může být kódový kotouč vytvořen v podobě prstencových nástavců, které odstávají kolmo od kotouče a soustředně k jeho ose otáčení. Pro tento případ je také výhodná možnost, zapojit senzorovou hlavu do krytu v axiálním směru, například ze strany spojová cích prvků vinuté pružiny, nebo ze strany spínače řídícího bloku.

• · 4 «··· 9 · · v • « 4 4 444 « · 4 · 4 4 4* 44* 444

Zejména jednoduchá konstrukce senzorové hlavy senzoru úhlu řízení se dostane z kombinace význaků, uvedených v nároku 5. Ačkoliv je vynález vhodný pro více senzorů, rozdílného fyzikálního způsobu prá ce, prokázala se opticky pracující konstrukce, uvedená v nároku 5, jako zejména prostorově^ienáročná a jednoduše realizovatelná. Princip spočívá přitom v tom, že se pomocí nosné desky a^gvětlovodu vyjbvoří vidlice, která obepíná kódové. „ prvky, takže všechny prvky jsou upevněny v jedné rovině, ale umožňují prostřednictvím světlovodu záření ve směru k nosné desce. Do meziprostoru mezi volným koncem světlovodu a nosné desky, vyčnívají potom optické kódové prvky, které se osvětlí zářením světlovodu a tak se vytvoří^obraz právě stávající kodové hodnoty, závislé na úhlu natočení, na přijímači, kter^ý vyšle odpovídající signál.

Dalšího zvýšení flexibility senzoru úhlu řízení lze dosáhnout tím, že je uspořádáno normované rozhraní dat, odpovídající kombinaci význaků podle obr. 6. Tím je například možné, použít rozdílné senzory řízení vždy podle požadované přesnosti řízení. Zejména je to také ten případ, jestliže se použije jako přijímač na senzorové hlavě normovaný CCD-sen zor, jak je například vysvětleno v publikaci autorů Nauman-Schróder o názvu: Konstrukční prvky optiky, nakladatelství Hauser, Mnichov, 6. vydání, odstavec 19.4, str. 554. Kombinace význaků podle nároku 6 je také východiskem pro význaky podle obr. 7. Tím je možné, oddělit prostřednictvím přípoje jako nor mované rozhraní, ústřední jednotku počítače na vhodné místo v krytu, nebo umístit ho mimo kryt. Tímto

AAA • A AAA A AA

AAAAAA A A

AA* AA A· AAAA ·» *A způsobem může ústřední jednotka také převzít úkoly spojené s ohodnocováním a výměnou dat, které se potřebují také uvnitř jiných konstrukčních skupin krytu, jako spínače bloku řízení, kontroly spojovacího prvku vinuté pružiny a na to napojených prvků.

Přehled obrázků na výkrese.

Vynález bude v dalším textu blíže vysvětlen na příkladech provedení, znázorněných na výkresu.

Na obr. 1 je znázorněna koncepce radiálního za sunutí senzorové hlavy do krytu, integrujícího více konstrukčních skupin.

Na obr. 2 je znázorněno principiální uspořádá ní s normovaným rozhraním, na které je napojena po čítačová jednotka, uspořádaná na odděleném místě.

Na obr. 3 je znázorněno zejména jednoduché a nákladově nenáročné vytvoření podstatných konstrukčních dílů senzorové hlavy.

Příklady provedení vynálezu.

v řezu

Obr. 1 ukazuje/blok 1 řízení, resp. sloupek řízení, nebo osu řízení vozidla, na který je napojen kódový kotouč 2. Kódový kotouč 2 sleduje otočný pohyb bloku 1 řízení. Na plást bloku 1 řízení, • tfl ·· ·*·9 který je ve srovnání s vozidlem, zhotoven z pevného materiálu, jsou pomocí přírub připojeny různé části krytu, které patří k rozdílným konstrukčním skupinám uspořádaným na bloku 1 řízení. Tak tvoří první část 2 krytu dolní část krytu vinuté pružiny, zatímco druhá Část 4. krytu může tvořit horní část krytu spínače bloku 1 řízení. Obě části krytu jsou uspořádány navzájem vedle sebe a případně mohou být spolu spojeny, přičemž nesmí být omezena možnost zabudo vání kódového kotouče <?. Pro vynález je nyní důle žité, že uvnitř celkového krytu, tvořeného Částmi 2 ^a£ krytu, je uspořádán otvor,^-do kterého je zasunuta, resp. nasunuta senzorová hlava 6. Zpravidla je otvor 2 uspořádán na tom místě obou Částí 2* 4 celkového krytu, na kterém je, s ohledem^Šiýl^fíítrukční skupiny celkového krytu, ještě prostor pro uložení senzorové hlavy 6. Z obr. 1 je zřejmé, že prostor, potřebný pro senzorovou hlavu 2* 3^{e 3} ohledem na obě části 2» 4, celkového krytu, poměrně nepatrný, tak že navržená koncepce, zejména pro integrovaný kryt, je skutečně prostorově nenáročná. Pokud se týká pod robností pro celkový kryt, pak se výslovně odkazuje na obsah shora uvedené přihlášky vynálezu 196 02 060.3.

Obr. 2 ukazuje výřez z obr. 1, přičemž obě Části . vypuštěny ^a 4 krytu byly z důvodů zjednodušem.Dulezite je ale rozhraní 15 na senzorové hlavě 2» prostřednictvím kterého spojuje více paralelních vedeních^ pro přenos dat senzorovou hlavu 2 s počítačovou jed notkou ECU, která je prostorově oddělena. Na počí tácovou jednotku ECU může být napojena datová sběrnice, jak tomu stále více bývá v novějších vozidlech.

··· ·· *♦ Φ·»· ·« ··

Obr. 3 ukazuje v perspektivním znázornění část kódového kotouče 2, která má jako kódování vybrání.

Z kódového kotouče 2 je ukázaná jen odlomená ven kovní oblast, přičemž sled a šířka jednotlivých vybrání tvoří kódování,popisující polohu natočení kódového kotouče Podrobnosti k tomuto lze seznat z pat. spisu US 5 004 915· Pro vynález je nyní důležité, že na nosiči, vytvořeném jako deska s plošnými spoji, uvnitř senzorové hlavy je umístněna jednak jako světelný zdroj 9 . vytvořená svítící dioda a jeď nak také přijímač, který může být vytvořen jako CCDřádka, Světelný zdroj tvoří svítící dioda, zatím co přijímá⁰světla se může vytvořit jako CCD-řádka 10. Aby se mohla vytvořit potřebná světelná závora, jejíž úseková přerušení zobrazí sva zek paprsků 91 prostřednictvím kódových prvků 11, kódování na CCD-řadku uspořádán světelný vodič 13.» což může být například těleso ze světlova vodící umělé hmoty. Tento světelný vodič vede světlo světelného zdroje 9, ke svému volnému konci 14, od kterého se vyzařuje ve směru k CCD-řádce 10, takže se vytvoří světelná závora mezi volným koncem 14 a CCD-řádkem 10. Do této světelné závory se ponořují kódové prvky 11 a vybrání 12 kódového kotouče 2, výstupní signál CCD-řádku 10 popíše více kódových prvků 11 nacházejících se přímo na^CCD»· řádkem 10, takže svým sledem tvoří kódové slovo.Právě čtené kódové slovo udává polohu, resp. úhlovou polohu kódového kotouče 2.

Na obr. 9 je ještě ukázáno elektrické rozhraní které může být vytvořeno jako normované přípojné místo. Na toto přípojné místo je napojena počítačová jednotka EPU, jak je znázorněno v obr. 2.

» «* • 0 0 · 0 0

Vynález lze souhrnné krátce popsat následovně.

Vynález se týká koncepce pro vytvoření a pro integraci senzoru pro snímání poloh otáčejících se pohybů.Zná zorněný senzor se používá pro snímání úhlu volantu. Pro popsané měření úhlu dají se principielně použít všechny fyzikální principy měření (optické, odporo vé, induktivní, magnetické, kapacitní), přičemž v příkladu provedení se popisu^^eoptický způsob měření.Sys tém měření úhlu řízení obsahuje přitom podle obr. 2 kodový kotouč 2, senzorovou hlavu 6, a ústřední počítačovou jednotku ECU.Důležitými význaky této koncepce je vysoká dosažená modularita, zejména volný výběr místa zabudování počítačové jednotky ECU podle vynálezu uvnitř oblasti bloku řízení. Počítačová jednotka ECU může být také uspořádaná mimo oblast bloku řízení. Tím se dá prostoy, určený pro jednotku bloku řízení,velmi efektivně využít. V senzorové hlavě

6. jsou obsaženy všechny prvky, potřebné pro snímáníkódového kotouče 2. Pro příklad provedení optické senzorové hlavy 6 jsou to světelný zdroj ^přijímač (například diskrétní optický prvek, zejména CCDsenzor) a elektronika pro předběžnou úpravu signálů. Pro jednoduchou montáž senzorové hlavy je uspořádáno přesně pracující zajisíovací ústrojí v modulu bloku řízení, zejména pak v jeho krytu. Podle vybavení vozidla se potom senzorová hlava zasune například v rádiálním směru a zajistí se s krytem.

Úgtřední počítačová jednotka ECU pro vyhodno cení informace senzoru a pro výpoče^úhlu řízení,se může, podle vytvoření a konstrukce bloku řízení, umístit na vhodném místě. Pro spojení ústřední počítá • I ·····* · * *♦· ·· φφ φφφφ φφ Φ· čové jednotky ECU a senzorové hlavy 6 při použití CCL-senzoru, je uspořádáno definované rozhraní, pro které je zapotřebí jen málo vedeních. Pro další funkce bloku řízení (například zprostředkovací elektronika) může se ústřední počítačová jednotka ECU bloku řízení integrovat do této elektroniky, případně převezme funkci přídavných přístrojů od centrální jednotky senzoru úhlu řízení. Ústřední počítačová jednotka může se případně napojit na vysokofrekvenční systém přípojnice.

Jako prostorově nenáročná možnost řešení pro u1 ožení senzorové hlavy v modulu bloku řízení může se použít řešení podle obr. 1. Zde je kódový kotouč £ přímo namontován na ose řízení, přičemž se alternativně může uložit odděleně a může se současně otá čet s volantem, kterým je spolu unášen. Senzorová hlava 6 obklopuje kódový kotouč 2. a je uložena mezi částí krytu 2 vinuté pružiny a spínačem bloku řízení. Senzorová hlava 6 se v tomto případě zasune v radiálním směru a ' zajistí se ve správné poloze. Výhodné přitom je, že pro senzorovou hlavu musí být k disposici jen jedno místo. Jak bylo již udeno, dají se při optickém způsobu měření úuhlu na točení použít jen takové technické prostředky,i které mají malou citlivost vůči znečištění, Protože se u optic kých systému nedá dosáhnout absolutní necitlivosti vůči prachu, vlhkosti, atd, musí být modul bloku řízení proveden ve vztahu ke kódovém^ukotouči 2 a sponzorové hlavě 6^ jako zapouzdřený, případně uzavře ný, φφφ

V obr. 3 je znázorněn princip sensorové hlavy 6. Podstatná prvky přitom jsou světelný zdroj 9_, na příklad svítící dioda a optický řádek. Oba optické prvky jsou umístěny na desce, na které se uspořádá také potřebná přídavná elektronikca. Pro úusporu místa se použije pro přímé osvětlení řádkového senzoru světelný vodič 13. Podle principu průsvitnosti ae přitom zobrazí kódování kódového kotouče 2 na fotocitlivém řádku. Výhodně z umělé hmoty sestává jící světelný vodič je tak proveden, že osvětlí optický řádkový senzor homogenním^ co nejvíce paralením světlem. Světelný vodič 12 se přitom mon tuje přímo na desku. Může ale také být integrován do jiné jednotky bloku řízení, uspořádané nad senzorovu hlavou 6, jako například do spojovacího prvku vinuté pružiny, případně jeho krytu.

Prostřednictvím elektrického rozhraní komunikuje senzorová hlava £, pokud se týká místa, které je k disposici, s ústřední počítačovou jednotkou ECU, která je umístěna na vhodném místě. Elektrické spo jení se může realizovat prostřednictvím kabelové přípojky, upevněné přímo na senzorové hlavě 6, nebo také prostřednictvím zástrčkového spojení, nebo výhodně prostřednictvím kontaktů, které při zasunutí senzorové hlavy £ do krytu vytvoří spojení. Celá sen zorová hlava se tak integruje do krytu. Přitom se výhodně prostřednictvím vodicích list zasune do mo^dulu bloku řízení a případně se upevní zajišíujícími prvky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Modulární uspořádání senzoru úhlu řízení s kódovým kotoučem, poháněným blokem řízení vozidla a senzoro vou hlavou, která vysílá signál, měnící se s polohou natočení kódového kotouče, přicem senzorovová hlava je spojena s krytem a ponořuje se alespoň částečně do otvoru krytu a přitom otvor v podstatě uzavírá, vyznačující se tím, že senzorová hlava (6) je s krytem (3, 4) spojena se zajištěním.
2. Modulární uspořádání senzoru podle nároku ^vyznačující se tím, že senzorová hlava (6) je vzhledem ke kódovému kotouči (2) zasunuta do krytu (3, 4) v v radiálním směru.
3. Modulární uspořádání senzoru podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kryt sestává nejméně ze dvou Částí (3, 4) krytu nejméně pro jeden další přístroj, například spojovací prvek vinuté pružiny, spínač bloku (1) řízení, uspořádaný na bloku (1) řízení.
4. Modulární uspořádání senzoru podle nároku 3» vy značující se tím, že část (3) krytu pro spojovací prvek vinuté pružiny a další část (4) krytu pro spínač bloku (1) řízení jsou spolu navzájem spojeny.
5. Modulární uspořádání podle některého z předcháze12 • 4 44 4« 44 4* • 4 · 4444 4444

4 444 4 4 4 4 4 4 4

4··44· 44 444 444

444444 4 ·

444 44 44 4444 44 44 jících nároku 1 až 4, vyznačující se tím, že senzorová hlava (6) je opatřena nosičem (7), na kterém jsou v podstatě ve stejné rovině uspořádány světelný zdroj (9) a optický detektor (10), zejména CCDdetektor, CCD-řádka a že je uspořádáno světlovodící těleso (13), které vede záření světelného zdroj (9) na oblast, ležící nad optickým detektorem (10), při čemž kódový kotouč (2) zasahuje do meziprostoru mezi vysílajícím koncem svetlovodícího tělesa a detektorem (10).
6. Modulární uspořádání senzora podle nároku 5» vy značující se tím, že nosič (7) je opatřen rozhraním (15) normovaným pro výměnu dat.
7. říodulární uspořádání senzora podle některého z předcházejících nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že na rozhraní (15) je napojena ústřední počítačová jednotka (ECU), která je uspořádaná odděleně na vhodném místě uvnitř nebo mimo kryt (3, 4).
8. Modulární uspořádání senzora podle některého z předcházejících nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že je napojen na integrovaný modul bloku (1) řízení,který obsahuje spojovací prvek (13) vinuté pružiny a spínač bloku (1) řízení v části (4) krytu.
9· Modulární uspořádání senzora podle některého

Cl » * i t

4 4 4

4 4 * k

4 * 4 • * 4 4 4 4 předcházejících nároků 1 až 8, vyznačující se tím,že světlovodící tělese je zapojeno do jednotky bloku řízení, uspořádané nad senzorovou hlavou, zejména do spojovacího prvku vinuté pružiny.
10. Modulární uspojádán^ senzoru podle některého z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že senzorová hlava je napojena elektricky na kryt prostřednictvím zástrčkového spojení.